车载组合电池智能供电电器系统及供电方法技术方案

本发明专利技术公开了一种车载组合电池智能供电电器系统及供电方法；所述组合电池，比如双电池并联供电装置(12)、双电池串联供电装置(17)或多电池串并联供电装置(21)，用于传统汽车蓄电池的升级换代；所述智能供电方法，亦即控制单元(8)根据发动机状态，比如停机、启动和运转，和各电池电压，控制各电池开关，提供所需电力，主要内容包括：在发动机停机时提供与传统蓄电池类似的电力供应，并根据需要提供电池漏电防护；在启动发动机时提供比传统蓄电池更高的启动电压以缩短启动时间；在发动机运转时提供不低于某一预设电压的补充供电电压，确保电器系统不会出现影响发动机平稳运行的供电不足现象。

Vehicle mounted combined battery intelligent power supply system and power supply method

The invention discloses an intelligent electric power supply system and a power supply method for a vehicle combined battery, such as a double battery parallel power supply (12), a double battery series power supply device (17) or a multi battery series parallel power supply device (21), which is used for the upgrading of the traditional car battery; the intelligent power supply method is also controlled. The unit (8), based on the state of the engine, such as shutdown, startup and operation, and the battery voltage, controls the battery switches to provide the power required. The main contents include supply of electric power similar to the traditional battery when the engine is shut down, and the leakage protection of the power supply pool according to the need; the supply ratio is provided when the engine is started. The higher starting voltage of the traditional battery is to shorten the start time; supply the supply voltage not less than a certain preset voltage when the engine runs, to ensure that the electrical system will not have a shortage of power supply that affects the engine running smoothly.

【技术实现步骤摘要】
车载组合电池智能供电电器系统及供电方法
本专利技术属于传统内燃机车辆车载电源
，特别适用于拥有发动机自动启停控制系统的汽车，或堵车、遇到红灯时人工进行发动机启停控制的汽车。
技术介绍
传统内燃机汽车正面临新能源汽车的挑战；在未来数十年内，汽车领域会存在传统汽车与新能源汽车并存的局面；短期内，传统汽车的统治地位不会改变；因此，不断解决传统汽车存在的问题仍有现实意义。人们在使用传统汽车时可能遇到的、与汽车电器系统相关的问题包括：1）汽车蓄电池使用寿命短，因蓄电池问题造成的途中抛锚现象不时出现；2）发动机启动噪音和震动偏大、启动耗时偏长，部分配备自动启停系统的汽车，发动机频繁启动的NVH感觉不好；3）部分汽车低速起步或堵车状态运行时可能出现因供电不足造成的发动机抖动、熄火或故障灯点亮现象；4）因电器系统漏电造成的蓄电池过度放电或汽车自燃现象时有发生。诸如此类问题的解决，都与本专利技术直接相关。关于传统汽车蓄电池使用寿命偏短的背景分析：100多年来，汽车蓄电池一直延用普通铅酸蓄电池，即平板式液体铅酸蓄电池。普通铅酸蓄电池有其优点，如安全性高、成本低，但其内阻较大，大电流充放电性能不好(如一般不宜超过1C充电和3C放电，C为蓄电池额定容量)；为了满足启动发动机的大电流输出需要，不得不通过减小极板厚度、压缩极板间距以加大电池容量，这就造成其设计及使用寿命较短。另外，除了启动发动机外，蓄电池还要在待机时给整车电器设备供电，而普通铅酸蓄电池不适合深度放电，一次超过50%额定容量的深度放电就会严重缩短其使用寿命。启动发动机时，在蓄电池向起动机超大电流放电的同时，也接通了发电机励磁绕组电路；发动机点火启动后，发电机在向电器负载供电的同时要向蓄电池进行瞬间大电流充电。在蓄电池容量充足和标准环境温度情况下，蓄电池内部发生的瞬间超大电流放电及此后的大电流充电，对蓄电池的使用寿命以及对发动机平稳运转都有一定影响，特别是对于部分使用2年以上的蓄电池且低温情况下，会出现明显的发动机启动时间过长和启动后运转不平稳现象，此将进一步加剧蓄电池的性能恶化，进一步缩短其使用寿命。关于发动机启动噪音和震动偏大、启动耗时偏长问题的背景分析：发动机启动时的噪音来自三个方面，其一是接通启动开关后起动机电磁开关接合，以及起动机小齿轮与飞轮齿圈接合的碰撞声音，此声音大小主要决定于蓄电池电压和储备电力的多少；其二是起动机拖动发动机转动的拖动声音，此声音大小主要决定于起动机拖动时间的长短；其三是发动机点火成功后最初的急燃噪声，此声音大小主要决定于发动机点火和供油系统的性能。这三个方面的噪音，其中最初的接合碰撞声音是不可避免的，紧接着的拖动声音可以通过缩短拖动时间来降低，而缩短拖动时间又可降低后面的急燃噪声，同时也可减少启动期间的车身震动，可以看出这里的关键问题是启动耗时问题。在汽车上配置自动启停系统以前，人们对发动机启动噪音和震动并没有太多关注，但随着自动启停汽车的普及，特别是简单的采用增加蓄电池容量和加强型起动机的自动启停系统，频繁启动发动机产生噪音和震动使得不少司机无法忍受，并一键关闭启停开关。如果能够缩短启动耗时，启动噪音和震动均可明显降低，自动启停功能才可更好地发挥其应有的作用。关于发动机抖动、熄火或故障灯点亮现象的背景分析：在由蓄电池、起动机、发电机和电器负载组成的传统汽车电器系统中，存在两级工作电压，一个是发动机停机时蓄电池的供电电压（约12.6V），一个是发动机运转期间发电机的供电电压（约14.2V）。汽车正常运行期间，电器系统电压维持在发电机供电电压附近，但在某些极端情况下，如带空调起步或堵车状态突然加载时，会出现发电机供电不足，系统电压瞬间下降，造成车载感性原件，如点火线圈、喷油器线圈和发电机磁场绕组等，瞬间磁场大小及方向产生紊乱，造成点火缺失或喷油不畅，引起发动机抖动、熄火和故障灯点亮现象。这种情况在多种在用车型中都时有发生，业界一直没有给出合理解释和解决方案。关于因漏电造成的蓄电池过度放电或汽车自燃现象的背景分析：汽车长期不用时，因为暗电流的存在或因司机偶然忘记关闭某些电器开关都会造成蓄电池过度放电；因不合理的电路设计或外在原因引起的电路短路会造成汽车自燃。尽管在汽车每一条电路上都设有保险丝，但一般的保险丝只是针对相应的电线和电器装置具有一定的保护作用，而对电子控制装置基本没有保护能力。针对汽车电路原因引起的汽车自燃现象，在本专利技术人早期的一项专利技术专利ZL200880000112.X(电路保护与控制系统以及应用该系统的保护控制方法)中曾给出了一种半导体保护控制装置和相应的控制方法，但因该专利技术专利对整车电路保护系统改动过大、改动成本过高而未能推广应用。如果能在汽车电器系统过度放电或自燃现象的源头，即在蓄电池正极处设置一个简单有效的控制装置，将会有助于解决或减少蓄电池过度放电和汽车自燃现象的发生。关于解决以上问题的基本思路：汽车电器系统对蓄电池在启动与供电性能方面的要求有所不同：对发动机启动来讲，要求能够瞬间输出大电流但不需深循环放电；而对整车供电，要求能够中小电流持续放电，且深循环放电不应严重影响蓄电池使用寿命。在BOSCH《汽车工程手册》和《汽车汽车电气与电子》中介绍的“双蓄电池汽车电器系统”，采用启动与供电分离型双电池系统，这是一种比较合理的汽车供电方式，但这种供电方式，也许是成本原因，只在少数豪华车型有所应用；美国专利US7969040（Dualbatteryvehicleelectricalsystems）介绍的双电池汽车电器系统,主要用于配备发动机自动启停系统的汽车，未对蓄电池的类型加以说明。由于这些双电池系统一般都是采用具有相同额定电压的铅酸蓄电池，其启动时间与单蓄电池相比没有明显优势。如果在启动与供电分离型的双电池系统中，分别采用启动型与供电型蓄电池，并在供电电路中设置过度放电防护措施避免蓄电池深度放电将有利于延长蓄电池的使用寿命，同时有利于减少因电路原因引起的汽车自燃现象。在蓄电池容量充足和标准环境温度情况下，发动机启动时间一般在600～1000毫秒，而配备48V轻混系统（即BSG启停系统）的汽车，在启停系统工作期间，发动机的启动时间可减小到400毫秒，启动时间的减小与其使用的拥有较高电压和高比功率的锂离子电池或超级电容来驱动BSG启停电机有关。使用比汽车蓄电池更高电压更高比功率的锂电池或超级电容来驱动起动机同样也可以缩短发动机的启动时间。根据试验和理论分析发现，对于处于标准环境温度和正常工作状态的发动机，要使其能够迅速启动，主要取决于两个要素，即启动转矩和启动转速。启动转矩是指发动机从静止状态到转动所需的最大转矩；启动转速是指发动机从转动到点火运转的最低转速。发动机启动转矩与起动机输出转矩相对应，其大小正比于起动机电枢电流(永磁式起动机)或电枢电流的平方(励磁式起动机磁饱和前)；发动机启动转速与起动机转速相关，其大小与启动电源电压成正比。当环境及发动机状况一定时，发动机启动快慢决定于启动过程起动机所做的功或蓄电池所输出的电能；而蓄电池输出的电能与蓄电池电压、启动电流和启动时间的乘积成正比。由于启动电流又决定于启动电压和启动电路内阻等因素，对于给定的起动系统，其各项内阻一定，如果适当提高启动电源电压，起动机转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车载组合电池智能供电电器系统，其特征在于：所述车载组合电池智能供电电器系统是指，由至少包含控制单元(8)、高压电池开关(6)、蓄电池(1)及其它电池和电池开关的车载组合电池，比如双电池并联供电装置(12)、双电池串联供电装置(17)或多电池串并联供电装置(21)，与包括起动机(2)、发电机(3)和其它电路负载(4)在内的电器装置组成的车载组合电池智能供电电器系统；所述组合电池包括漏电防护型和非防护型两种类型；所述漏电防护型是指通过在所述蓄电池(1)的供电电路中设置一个电池开关，当发动机停机状态发生过度放电时，通过适时断开该电池开关以避免蓄电池进一步放电；所述非防护型是指在所述蓄电池(1)的供电电路中不安置电池开关或安置电池开关但在电池开关上有正向偏置的二极管，不对所述蓄电池(1)的放电进行控制；所述智能供电，亦即控制单元(8)根据发动机状态，比如停机、启动和运转，和各电池电压，控制相关电池开关提供所需电力，包括但不限于以下控制内容：1）在发动机停机时提供与传统蓄电池类似的电力供应，同时根据控制需要提供漏电防护；2）在启动发动机时提供比传统蓄电池更高的启动电压以缩短发动机启动时间；3）在发动机运转状态时提供不低于某一预设电压的补充供电电压，比如13.6V，以确保电器系统不会出现影响发动机平稳运行的供电不足现象；所述双电池并联供电装置(12)：其内置原件包括但不限于并联高压电池(5)、高压电池开关(6)、并联供电开关(7)、控制单元(8)、接线端(9)和蓄电池(1)；其中并联高压电池(5)、高压电池开关(6)、控制单元(8)、应急开关(10)和接线端(9)用于组成启动稳压电源(11)；所述双电池串联供电装置(17)：其内置原件包括但不限于串联高压电池(15)、高压电池开关(6)、串联供电开关(16)、控制单元(8)和接线端(9)；所述串联高压电池(15)由蓄电池(1)和在其正极端串联的附加电池(14)组成；所述多电池串并联供电装置(21)：其内置原件包括但不限于串并联高压电池(19)、高压电池开关(6)、并联供电开关(7)、充电稳压开关(20)、控制单元(8)、接线端(9)和蓄电池(1)；所述串并联高压电池(19)由启动稳压电池(18)和在其正极端串联的附加电池(14)组成；所述蓄电池(1)是指汽车启动电池或与汽车发电机(3)输出电压相匹配的供电型蓄电池；所述电路负载(4)，包括除起动机(2)以外的其它所有车载电器或电子载荷；所述控制单元(8)，外部接口包括但不限于：接口(a)、(b)、(f)和(i)，信号输出端(c)、(d)和(e)，和公共接地端(h)；接口(a)连接所述并联高压电池(5)、串联高压电池(15)或串并联高压电池(19)的正极端、接口(b)连接所述蓄电池(1)的正极端、接口(f)连接发电机(3)的正极端、接口(i)连接所述接线端(9)，输出端(c)用于控制所述高压电池开关(6)、输出端(d)用于控制所述串联供电开关(16)、充电稳压开关(20)或空置、输出端(e)用于控制所述并联供电开关(7)或空置；所述接线端(9)，通过所述接口(i)向所述控制单元(8)提供发动机停机、启动和运转电压信号或其它控制信号。...

【技术特征摘要】
1.一种车载组合电池智能供电电器系统，其特征在于：所述车载组合电池智能供电电器系统是指，由至少包含控制单元(8)、高压电池开关(6)、蓄电池(1)及其它电池和电池开关的车载组合电池，比如双电池并联供电装置(12)、双电池串联供电装置(17)或多电池串并联供电装置(21)，与包括起动机(2)、发电机(3)和其它电路负载(4)在内的电器装置组成的车载组合电池智能供电电器系统；所述组合电池包括漏电防护型和非防护型两种类型；所述漏电防护型是指通过在所述蓄电池(1)的供电电路中设置一个电池开关，当发动机停机状态发生过度放电时，通过适时断开该电池开关以避免蓄电池进一步放电；所述非防护型是指在所述蓄电池(1)的供电电路中不安置电池开关或安置电池开关但在电池开关上有正向偏置的二极管，不对所述蓄电池(1)的放电进行控制；所述智能供电，亦即控制单元(8)根据发动机状态，比如停机、启动和运转，和各电池电压，控制相关电池开关提供所需电力，包括但不限于以下控制内容：1）在发动机停机时提供与传统蓄电池类似的电力供应，同时根据控制需要提供漏电防护；2）在启动发动机时提供比传统蓄电池更高的启动电压以缩短发动机启动时间；3）在发动机运转状态时提供不低于某一预设电压的补充供电电压，比如13.6V，以确保电器系统不会出现影响发动机平稳运行的供电不足现象；所述双电池并联供电装置(12)：其内置原件包括但不限于并联高压电池(5)、高压电池开关(6)、并联供电开关(7)、控制单元(8)、接线端(9)和蓄电池(1)；其中并联高压电池(5)、高压电池开关(6)、控制单元(8)、应急开关(10)和接线端(9)用于组成启动稳压电源(11)；所述双电池串联供电装置(17)：其内置原件包括但不限于串联高压电池(15)、高压电池开关(6)、串联供电开关(16)、控制单元(8)和接线端(9)；所述串联高压电池(15)由蓄电池(1)和在其正极端串联的附加电池(14)组成；所述多电池串并联供电装置(21)：其内置原件包括但不限于串并联高压电池(19)、高压电池开关(6)、并联供电开关(7)、充电稳压开关(20)、控制单元(8)、接线端(9)和蓄电池(1)；所述串并联高压电池(19)由启动稳压电池(18)和在其正极端串联的附加电池(14)组成；所述蓄电池(1)是指汽车启动电池或与汽车发电机(3)输出电压相匹配的供电型蓄电池；所述电路负载(4)，包括除起动机(2)以外的其它所有车载电器或电子载荷；所述控制单元(8)，外部接口包括但不限于：接口(a)、(b)、(f)和(i)，信号输出端(c)、(d)和(e)，和公共接地端(h)；接口(a)连接所述并联高压电池(5)、串联高压电池(15)或串并联高压电池(19)的正极端、接口(b)连接所述蓄电池(1)的正极端、接口(f)连接发电机(3)的正极端、接口(i)连接所述接线端(9)，输出端(c)用于控制所述高压电池开关(6)、输出端(d)用于控制所述串联供电开关(16)、充电稳压开关(20)或空置、输出端(e)用于控制所述并联供电开关(7)或空置；所述接线端(9)，通过所述接口(i)向所述控制单元(8)提供发动机停机、启动和运转电压信号或其它控制信号。2.根据权利要求1所述的车载组合电池智能供电电器系统，其特征在于：针对所述双电池并联供电装置(12)：所述高压电池开关(6)一端连接所述并联高压电池(5)的正极，另一端连接车载电器系统的正极；在漏电防护型供电装置中，所述并联供电开关(7)一端连接所述蓄电池(1)的正极，另一端连接车载电器系统的正极；在非防护型供电装置中，所述并联供电开关(7)被短接线取代；针对所述双电池串联供电装置(17)：所述高压电池开关(6)一端连接所述串联高压电池(15)的正极，另一端连接车载电器系统的正极；在漏电防护型串联供电装置中，所述串联供电开关(16)一端连接所述蓄电池(1)正极、另一端连接车载电器系统的正极；在非防护型供电装置中，所述串联供电开关(16)两端放电方向包含或并联有正向偏置的二极管，使所述蓄电池(1)的放电不受控制；针对所述多电池串并联供电装置(21)：所述高压电池开关(6)一端连接所述串并联高压电池(19)的正极，另一端连接车载电器系统的正极；所述充电稳压开关(20)的一端连接所述启动稳压电池(18)的正极，另一端连接车载电器系统的正极；在漏电防护型供电装置中，所述并联供电开关(7)一端连接所述蓄电池(1)的正极，另一端连接车载电器系统的正极；在非防护型供电装置中，所述并联供电开关(7)被短接线取代。3.根据权利要求1所述的车载组合电池智能供电电器系统，其特征在于：所述控制单元(8)，内部结构包括数字和/或模拟电路组成；根据所述外部接口(a)、(b)、(f)和(i)的电压信号进行内部运算处理，并输出驱动控制信号控制所述高压电池开关(6)、串联供电开关(16)、充电稳压开关(20)和/或并联供电开关(7)；同时根据控制需要，进行充电和电池启动能力显示、警示或停止启动控制，以及汽车应急启动、应急照明或应急警示控制。4.根据权利要求1、2或3所述的车载组合电池智能供电电器系统，其特征在于：所述车载组合电池智能供电电器系统，还包括利用外置充电电源(13)，比如太阳能电池板、移动式供电装置或直流充电电源，对组合电池内各电池进行充电控制；所述控制单元(8)，还包括外部充电电源的输入端(g)；所述外置充电电源(13)连接输入端(g)，并通过所述控制单元(8)对连接接口(a)的所述并联高压电池(5)、串联高压电池(15)或串并联高压电池(19)，以及所述蓄电池(1)进行充电控制。5.根据权利要求1、2或3所述的车载组合电池智能供电电器系统，其特征在于：所述车载组合电池，还包括应急开关(10)；所述应急开关(10)的一端连接所述并联高压电池(5)、串联高压电池(15)或串并联高压电池(19)的正极，另一端连接所述接线端(9)；当需要进行汽车应急启动、应急照明或应急警示控制时，人工接通所述应急开关(10)，所述控制单元(8)控制所述高压电池开关(6)导通执行相关控制任务。6.根据权利要求1或2所述的车载组合电池智能供电电器系统，其特征在于：所述并联高压电池(5)，是一个功率型或启动型电池模块，且其额定电压大于等于所述蓄电池(1)额定电压；所述附加电池(14)，是一个主要由单节或两节串联的功率型或启动型电池模块；所述启动稳压电池(18)，是一个功率型或启动型电池模块，且其充电电压与发电机(3)输出电压相匹配；所述并联高压电池(5)、附加电池(14)和启动稳压电池(18)，电池类型包括但不限于：钛酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池、卷绕铅酸电池、超级电容、石墨烯电池或固态电池。7.一种适用于车载组合电池智能供电电器系统的智能供电方法，其特征在于，包括以下控制步骤：步骤一、发动机停机时：所述接线端(9)通过接口(i)为所述控制单元(8)提供发动机停机信号，所述控制单元(8)使所述高压电池开关(6)断开、充电稳压开关(20)断开；当电器系统电压(Vg)大于等于某一设定值时，比如蓄电池(1)选...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢浩义，
申请(专利权)人：卢浩义，
类型：发明
国别省市：海南,46